采用纳滤膜技术对刚果（金）某铜钴矿含钴萃余液钴离子富集的研究
发表时间：2020-09-29T11:42:11.070Z 来源：《基层建设》2020年第17期 作者： 吴冬
[导读] 摘要：本文介绍了刚果（金）某铜钴矿采用纳滤膜技术对含钴的铜萃余液进行3倍、3.5倍、4倍、5倍进行钴浓缩富集试验。 山西中条山工程设计研究有限公司 山西垣曲 043700
摘要：本文介绍了刚果（金）某铜钴矿采用纳滤膜技术对含钴的铜萃余液进行3倍、3.5倍、4倍、5倍进行钴浓缩富集试验。通过试验，钴金属回收率达到95%以上，且铜萃余液浓缩到4-5倍时，各项经济技术指标最优。 关键词：铜钴矿；含钴铜萃余液；纳滤膜 1.前言
刚果（金）是世界上钴资源储量最大的国家，其能力占世界生产总量的一半以上[1]。刚果（金）钴资源主要以铜钴共生矿形式存在，少数为单独钴矿[2]。矿石中铜含量2%～5%，钴含量0.5%～2%。铜钴矿的湿法冶炼一般采用浸出-萃取-电积工艺流程生产阴极铜，由于受刚果（金）落后工业体系的影响，该地区对萃取铜后的含钴萃余液采用典型的工艺流程除杂-沉铜-沉钴-沉镁生产粗制氢氧化钴。[3]典型氢氧化钴生产工艺见流程图1-1。
典型工艺已成熟应用于国际巨头嘉能可集团、中资企业如金川公司、洛阳钼业、华友钴业、寒锐钴业、中铁MKM矿业、华刚矿业等也采用此工艺生产粗制氢氧化钴。但是，该工艺只是针对钴含量在4g/l以上的铜萃余液回收钴的处理办法。
按照典型氢氧化钴生产工艺中组织生产，最大的困扰之一是由于萃余液中含钴浓度低、原液处理量大，影响企业生产效率；其二为将铜萃余液中的钴含量富集至4g/l以上时，只能抽取一少部分低铜萃余液去沉钴，但随着低铜萃余液钴富集含量的增长，浸出渣库饱和浸出渣液钴的富集含量也在增长，钴金属总回收率也不断下降，目前刚果（金）钴的回收率仅在45%～70%；其三是钴提取工艺中消耗大量石灰石等碱性材料，刚果（金）该地区采购成本较高，严重制约产品利润。
而采用纳滤膜浓缩技术应用在钴提取系统中，氢氧化钴生产原料为铜湿法冶金含钴萃余液，依托完整的铜湿法冶金体系开展钴提取业务具备技改便捷、投资少、利润高等诸多优势。
图1-1 典型氢氧化钴生产工艺
2.纳滤膜浓缩液回收金属钴的试验研究
刚果（金）某湿法冶炼厂生产工艺流程中液体采用闭路循环方式、萃余液、设备冷却水和车间清洗用水均无外排，全部汇集在环保型尾矿库澄清后返回生产系统循环利用。这就导致系统液体中、钙、镁、铁、钴等金属离子和硅胶离子不断富集。铜萃余液的主要化学成分见表2-1。
表2-1 萃余液的主要化学成分
铜钴矿的湿法冶金中，萃取铜后的萃余液中除了残存有Cu2+外，还有较高浓度的H2SO4以及其他杂质，比如：Co2+、Ni2+、Fe3+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+，其中部分金属离子及硫酸具有回收利用价值。目前，传统的系统液体净化工序主要有抽取部分铜萃余液开路，然后采用中和水解沉淀法处理，该方法首先用石灰或者电石渣中和萃余液中的硫酸，然后爆气或通SO2气体氧化除铁，再经过粗滤、精滤，滤液返回浸出，滤渣运往尾矿库。但是，该方法的最大不足是对萃余液中的有价金属和硫酸未进行合理的回收利用，不仅造成巨大的资源浪费，也对环境产生较大的负面影响。
那么，选用一种既能净化铜萃余液又能回收桶萃余液中的金属离子和硫酸的方法是我们的重中之重。
通过查询资料了解到，近年来，冶金工作者对纳滤膜浓缩应用于湿法冶金中进行了一些研究工作，比如采用纳滤膜提高低浓度铜浸出液中铜离子浓度、采用纳滤膜脱除电解液中得到浓缩富集，浓缩液作为提取钴金属的原料。采用纳滤膜浓缩机技术生产氢氧化钴工艺如图2-1。
图2-1 采用膜技术生产氢氧化钴工艺
该湿法冶炼厂采用纳滤膜浓缩技术对现场萃余液进行浓缩分离试验，并对萃余液分别浓缩3倍、3.5倍、4倍、5倍、6倍后对浓缩液和透析液进行分析检测，试验结果见表2.2-2.6。
表2.2 铜萃余液3倍纳滤膜浓缩结果
（1）钴的截留率为92.28%，铜的截留率为93.29%；
（2）浓缩液中和除杂、沉铜、沉钴过程中，中和除杂过程铁除去率为80.6%，SiO2去除率为84.4%，沉铜过程铜的沉淀率为83.4%，沉钴过程中钴沉淀率为99.9%；
（3）铜萃余液中硫酸回收率为51.39%，钴的总回收率为97.1%。
表2.3 铜萃余液3.5倍纳滤膜浓缩结果
（1）钴的截留率为91.8%，铜的截留率为91.6%；
（2）浓缩液中和除杂、沉铜、沉钴过程中，中和除杂过程铁除去率为81.1%，SiO2去除率为87.4%，沉铜过程铜的沉淀率为85.5%，沉钴过程中钴沉淀率为99.9%；
（3）铜萃余液中硫酸回收率为61.5%，钴的总回收率为96.7%。
表2.4 铜萃余液4倍纳滤膜浓缩结果
（1）钴的截留率为91.7%，铜的截留率为85.8%；
（2）浓缩液中和除杂、沉铜、沉钴过程中，中和除杂过程铁除去率为83.4%，SiO2去除率为89.59%，沉铜过程铜的沉淀率为83.7%，沉钴过程中钴沉淀率为99.9%；
（3）铜萃余液中硫酸回收率为66.9%，钴的总回收率为96.3%。
表2.5 铜萃余液5倍纳滤膜浓缩结果
（1）钴的截留率为86.8%，铜的截留率为84.5%；
（2）浓缩液中和除杂、沉铜、沉钴过程中，中和除杂过程铁除去率为85.5%，SiO2去除率为90.01%，沉铜过程铜的沉淀率为89.98%，沉钴过程中钴沉淀率为99.9%；
（3）铜萃余液中硫酸回收率为72.2%，钴的总回收率为95.42%。 表2.5 铜萃余液6倍纳滤膜浓缩结果 钴的截留率为75.4%，铜的截留率为78.7%； 浓缩液中和除杂、沉铜、沉钴过程中，中和除杂过程铁除去率为89.6%，SiO2去除率为90.8%，沉铜过程铜的沉淀率为90.07%，沉钴过程中钴沉淀率为100%； 铜萃余液中硫酸回收率为73.4%，钴的总回收率为95.10%。 试验现象及数据分析： 当液体达到2倍浓缩时，有少量沉淀析出，沉淀易沉降； 当液体达到4倍浓缩时，出现大量沉淀，沉淀易沉降； 当液体达到6倍浓缩时，出现大量沉淀，沉淀不易沉降； 经4次重复试验验证，此沉淀对膜通量不产生影响；； 通过以上纳滤膜浓缩试验，我们可以看到铜萃余液经过纳滤膜处理后，钴金属回收率在95%以上，硫酸的回收率在50%以上，SiO2的脱除率在85%以上。通过经济效益对比试验现象观察，铜萃余液浓缩到4-5倍时，各项经济技术指标最优，继续提高浓缩倍数不经济。 3.结论 通过以上试验，采用纳滤膜技术可将传统工艺含铜萃余液钴的回收率由45%～70%提高至95%以上，达到了较满意的效果。 典型生产氢氧化钴工艺虽然比较成熟，但是铜萃余液中钴的回收率比较低，若要提高钴的回收率需要我们对新的工艺条件、新的工艺技术、新的工艺设备进一步的优化改进。就目前而言，纳滤膜技术尚未在刚果（金）利用含钴的铜萃余液生产粗制氢氧化钴领域中使用，主要是纳滤膜生产维护成本较大。随着社会的发展和技术的进步，纳滤膜技术将会不断完善，人类对钴资源的回收利用将会大大提高。 参考文献： [1]曹异升.世界钴工业现状及前景展望[J].中国金属通报，2007，（42）；30-34. [2]唐娜娜，莫伟，马少建.钴矿资源及其选矿研究进展[J].有色冶金，2006，22（S1）：5-7. [3]姚刚，谢添.刚果（金）某铜钴矿含钴萃余液制取氢氧化钴的工艺及生产实践，2016，85-88.
采用纳滤膜技术对刚果(金)某铜钴矿含钴萃余液钴离子富集的研究
